[發明專利]表示時變圖形模型的數據流的編碼方案

有效

• 申請號: 200580039997.0
• 申請日: 2005-09-15
• 公開（公告）號: CN101061515A
• 公開（公告）日: 2007-10-24
• 發明（設計）人: 馬蒂亞斯·考茨納;卡斯滕·米勒;阿廖沙·斯莫利奇;托馬斯·威甘德
• 申請（專利權）人: 弗勞恩霍夫應用研究促進協會
• 主分類號: G06T9/00
• 分類號: G06T9/00;H04N7/36
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 王波波

技術領域

本發明涉及對表示時變圖形模型的數據流的編碼和解碼，并且具體的涉及該圖形模型數據的壓縮。

背景技術

現今，時變3D計算機圖形模型在經典計算機圖形領域中有廣泛的應用。例如，3D計算機圖形模型應用在游戲、虛擬世界、動畫片制作等方面，而且還應用在最新的被稱為自由視點視頻(FVV)或者3D視頻對象(3DVO)的系統中。

3D計算機圖形模型在虛擬3D坐標系中描述了3D對象的表面。為此，定義了位于表面之上或者沿著表面排列的一定數量的控制點或者頂點的3D坐標(x，y，z)。通過不同的參數化方法來定義連續表面。例如在被稱為多邊形網格的參數化方法中，由多邊形定義3D對象表面的形狀，其中多邊形的頂點形成控制點。為了完整的描述對象，還包括連接關系的指示，也即關于哪些控制點被分別概括成多邊形的指示。然后通過聯合色彩、紋理和其他特征例如反射等來顯現完整的3D對象。取決于所使用的表面參數化，這些特征和連接關系或者直接和點表示相關。

于是3D幾何圖形的通常表示就是在具有或者不具有其連接關系指示的列表中的控制點的3D坐標的指示。例如，在上述用于三角形網格的多邊形連接關系的情況下，分別為相應列表號的三個控制點形成三角形，并又被概括到一個列表中。3D坐標可以以浮點數值或者整數數值呈現。連接關系由整數值也就是列表號的指示組成，其中相應的控制點按照列表號在列表中排列。

為了在不同的系統和應用中交換和傳送3D幾何圖形，理想的是要使用一種特定的文本格式，例如虛擬現實模型語言(VRML)，因為它能夠在接收側對3D數據進行解析。

此外，最重要的，還希望減少對3D幾何圖形編碼的必要數據量，從而減少傳輸數據速率和必要存儲空間。如果使用特殊的壓縮方法能實現以上減少。由于以上原因，在MPEG-4標準中，對靜止對象3D幾何圖形的編碼方法進行了標準化，被稱作3D網格編碼(3DMC)。3DMC是一種二元格式，除了30-40倍的壓縮之外，還提供了相對于可獲得的文本格式有所改進的傳輸功能特性。

但是在多種應用中，產生了動態的即時變的3D模型。在經典的計算機圖形中，通過動畫來形成，操作者通常為每一時刻新建模型。在最近的FVV或者3DVO方法中，通過真實對象3D運動的重建來形成動態模型，真實對象被若干個攝像機所記錄。基本上，可辨別兩種動態3D模型的情況。在第一種情況下，拓撲保持相同，也就是控制點或頂點的數量以及連接關系隨時間是不變的。僅僅是控制點的3D位置變化。第二種情況代表一般性。在這種情況下，拓撲的變化也是允許的。

在一些情況下，時間變化可由動畫描述，也就是依靠基本的物理運動模型來描述變化。這種方法的例子有人的臉部和身體的動畫，這也已經在MPEG-4中標準化了，也就是通過所謂的FBA(臉部和身體動畫)方法。這種動畫模型的缺點是它們無法轉換到一般的情況，也就是說它們僅限于特殊的運動序列和/或特殊的對象，例如臉部等。如果沒有動畫模型存在，那么在每個時刻將不得不傳遞新的3D模型或者新的控制點網格，然后在每個時刻用MPEG-43DMC對其進行編碼，但是因為在每一個時刻都是相同的對象在運動，因而該數據還含有許多時間冗余，這可以用于進一步的壓縮。

在J.Zhang和C.B.Owen“Octree-based?Animated?GeometryCompression”，DCC’04，Data?Compression?Conference，Snowbird，Utah，USA，page?508-517，March?23-25，2004中描述了一種對時變3D模型進行編碼的方法，其中通過對控制點的預測、預測誤差或者運動矢量的量化以及將運動矢量概括成組，來描述隨時間的變化。壓縮，也就是比特率的降低按照差分脈沖編碼調制的一般原理來實現。這樣，相對于3DMC，可以獲得動態模型更顯著的壓縮優勢，也就是相同質量下比特率節省或者相同比特率下質量更好。

但是，隨著在不同應用領域中3D模型的更多使用，對動態模型具有更好壓縮的更有效編碼方案的需求也在增加。

發明內容

因此，本發明的目的是提供一種用于對表示時變圖形模型的數據流進行編碼/解碼的編碼方案，這將能獲得更高的壓縮優勢，也就是相同質量下的比特率節省或者相同比特率下的質量更好。